Sweepy: Set It Forget It Studio Cleaner: 10 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-23 14:47

Napisali: Evan Guan, Terence Lo i Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Uvod i motivacija

Sweepy čistač studija dizajniran je kao odgovor na kaotične uvjete arhitektonskog studija koje su ostavili barbarski studenti. Umorni ste od toga koliko je studio neuredan tijekom pregleda? Pa nemoj više reći. Uz Sweepy, sve što trebate učiniti je postaviti ga i zaboraviti. Studio će biti novi brand brže nego što vam je potrebno da dovršite taj jedan projektni model.

Sweepy je svjestan sebe i kretat će se s mjesta uklanjajući sve smeće i otpatke prema želji svog srca zahvaljujući dva ultrazvučna senzora koji mu govore da se okrene pri približavanju zidu. Trebate li Sweepy da biste radili više? Nema problema, samo viči na to. Sweepy neprestano osluškuje svoje okruženje zahvaljujući senzoru zvuka. Postizanje određenog praga buke uzrokovat će da Sweepy uđe u bijesni način rada, brišući se i brže krećući kratko vrijeme.

Studio bez Sweepyja je neuredan.

‏‏‎ ‎

Dijelovi, materijali i alati

Većina dijelova na ovom popisu može se pronaći u ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Ostale dijelove možete kupiti u Creatron Inc. ili drugim elektroničkim trgovinama.

‏‏‎ ‎

Komponente

x1 Upravljačka ploča ELEGOO UNO R3

x1 Modul za proširenje prototipa

x1 Ultrazvučni senzor (HC-SR04)

x1 Modul senzora zvuka (KY-038)

x2 DC N20 motori (ROBOT-011394)

x1 mikro servo motor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V baterija

x2 Gumeni kotači 60x8 mm (UWHLL-601421)

x1 Besplatno kotač (visina 64 mm)

x1 Četka za metenje (visina drške 12 mm)

x2 NPN tranzistori (PN2222)

x3 otpornici (220Ω)

x2 diode (1N4007)

x1 Potenciometar (10K)

x15 Žice za preskakanje ploča

x26 Dupont žice za žene

‏‏‎ ‎

Materijali

x1 3 mm list šperploče (veličina laserskog kreveta 18 "x 32")

x6 M3 vijci (YSCRE-300016)

x4 M3 matice (YSNUT-300000)

x6 vijci M2.5 (YSCRE-251404)

x6 M2,5 matice (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Alati

Odvijač set

Pištolj za vruće ljepilo

‏‏‎ ‎

Oprema

Računalo

3D pisač

Laserski rezač

‏‏‎ ‎

Softver

Arduino IDE

Korak 1: Razumijevanje logike

Krug

Kontrolna ploča ELEGOO UNO R3 poslužit će kao "mozak" robota u koji će se kôd učitavati i obrađivati. Pričvrstite Prototype ploču za proširenje i mini ploču na njezin vrh. Za komunikaciju sa senzorima i aktuatorima, komponente će biti povezane putem matične ploče i žica.

Gore je priložen dijagram sklopova potreban da bi Sweepy bio sretan. Obratite posebnu pozornost na ulaz i izlaz žica. Pomaže pratiti žicu gledajući njezinu boju. Pogrešno spajanje može uzrokovati da Sweepy radi nepravilno ili u najgorem slučaju oštetiti vašu elektroniku kratkim spojem.

‏‏‎ ‎

Programiranje

Dolje je priložen kôd potreban za pokretanje programa Sweepy. Otvorite datoteku u Arduino IDE -u i prenesite je na upravljačku ploču ELEGOO UNO R3. Da biste to učinili, morate spojiti upravljačku ploču s računalom putem USB kabela. Provjerite je li odabran ispravan priključak tako što ćete u padajućem izborniku otići u Alati i port. Prije postavljanja Sweepyja obavezno prenesite kôd kako ne biste morali priključiti USB kabel dok ste u 3D ispisanom kućištu.

Ne preporučuje se mijenjanje varijabli u kodu osim ako nemate iskustva ili ne znate što radite.

Korak 2: Skupljanje svih dijelova, materijala i alata

Za početak projekta prikupite sve dijelove, materijale i alate navedene na gornjem popisu. Kao što je prethodno spomenuto, većina dijelova na popisu može se pronaći u ELEGOO UNO R3 Starter Kit, kao i u Creatron Inc. ili drugim elektroničkim trgovinama.

Preporučuje se započeti 3D ispis što je prije moguće jer proces može potrajati nekoliko sati. Preporučene postavke su: visina sloja 0,16 mm, ispuna 20% i debljina stijenke 1,2 mm s obodima i nosačima. Datoteka 3D ispisa nalazi se u nastavku.

Lasersko rezanje također može oduzeti dosta vremena pa svakako počnite rano. Laserski izrezana datoteka također sadrži sloj za urezivanje vodiča koji osigurava da je prava komponenta postavljena na pravo mjesto. Ponovno provjerite što se reže, a što se urezuje, na odgovarajući način mijenjajući postavke snage i brzine. Datoteka za lasersko rezanje također se nalazi ispod.

Dok smo za našeg robota koristili šperploču, slobodno upotrijebite bilo koji materijal koji vam se sviđa, poput akrila, sve dok je debljina oko 3 mm.

Korak 3: Osiguranje osnovne ploče

Nanesite ljepilo po obodu osnovne ploče i pričvrstite ga na dno 3D ispisanog kućišta. Poravnajte dva dijela što je moguće pažljivije, a istovremeno vodite računa da laserski izrezana vodilica za jetkanje bude okrenuta prema gore.

Korak 4: Montiranje dijelova osnovne ploče

Nakon što je osnovna ploča odgovarajuće učvršćena, možemo započeti povezivanje prvog kruga elektroničkih komponenti. To uključuje istosmjerne motore s kotačima, servo motor, LCD zaslon i bateriju. Laserski izrezani vodič za jetkanje uključen je u osnovnu ploču kako bi se osiguralo pravilno postavljanje komponenti radi vaše udobnosti. Kako bi se olakšalo strujno kolo, komponente bi trebale biti pričvršćene odgovarajućim žicama koje su već uključene.

Kotači bi trebali ući u dva utora s obje strane, s istosmjernim motorom prema unutra. Učvrstite ovo priloženim bijelim stezaljkama pomoću dva vijka i matice za svaki (M2.5).

Servo motor također treba pričvrstiti istim vijcima i maticama (M2.5), a pritom paziti da bijeli zupčanik koji izlazi s dna bude na prednjoj strani robota. To će pokrenuti pomeranje pokreta četke.

LCD zaslon trebao bi ući u prednji džep kućišta s iglama prema dolje. Osigurajte ovo s nekoliko mrlja vrućeg ljepila na svakom kutu.

Na kraju, baterija bi trebala ući u stražnji džep kućišta s prekidačem za uključivanje-isključivanje prema van u otvor. To omogućuje uključivanje i isključivanje robota.

Korak 5: Osiguranje potporne ploče

Slijedi trenutak da osigurate "mozak" Sweepyja. Pomoću četiri vijka i matice (M3) montirajte upravljačku ploču UNO R3 i prototipni ekspanzijski modul na vrh potporne ploče. Ovo bi djelovalo kao drugi kat kućišta. Prije toga, Arduino IDE kôd već bi trebao biti postavljen na ploču i spreman za rad.

Gurnite potpornu ploču u kućište odozgo sve dok se ne nasloni na tri izbočine integrirane u kućište 3D ispisa kako biste osigurali ispravnu visinu. Pričvrstite ovu ploču s dva vijka (M3) kroz rupe na oba kraja.

Provucite žice od komponenti na osnovnoj ploči prema gore i kroz rupe na potpornoj ploči. Žice LCD zaslona i servo motora trebaju provući kroz prednju rupu, dok bi žice istosmjernog motora trebale provući kroz bočne rupe. Žice baterije mogu proći kroz bilo koju rupu po želji.

Korak 6: Montiranje završnih elektroničkih komponenti

Vrućim ljepilom pričvrstite dva ultrazvučna senzora na prednju stranu kućišta s okidačkim i odjeknim modulima koji se protežu iz rupa ili "očiju". Igle na jednom senzoru trebaju biti okrenute prema gore, a druge prema dolje, što pokazuje rupa na potpornoj ploči. Time se osigurava da su moduli odjeka i okidača simetrični u kućištu prilikom slanja i primanja signala.

Na kraju, vrućim ljepilom utisnite stražnju stranu osjetnika zvuka i pričvrstite ga na utor s unutarnje strane kućišta. Vrh mikrofona trebao bi sjediti u ravnini s vrhom ruba kućišta tako da se kapa Sweepyja može staviti. Mikrofon bi se poravnao s rupom na kapici, što ćete vidjeti kasnije.

Korak 7: Žice, žice i više žica

Sljedeći korak je vjerojatno najteži, ali najvažniji dio osiguranja da je Sweepy dobro i sretno: strujna kola. Koristeći Fritzing dijagram na vrhu ovih uputstava kao smjernicu, spojite sve žice od komponenti na Prototype Modul za proširenje.

Prije uključivanja kabela za napajanje u ploču, provjerite je li prekidač na bateriji isključen. Budući da je kod već trebao biti postavljen na ploču, Sweepy ne bi mogao obuzdati uzbuđenje zbog čišćenja i početi raditi čim dobije napajanje, čak i dok još radite na žicama.

Obratite posebnu pozornost na ulaze i izlaze svake žice. Pomaže u korištenju boje žice kako biste je slijedili na svom putu.

Korak 8: Dodavanje pokretnih dijelova

Sada je vrijeme za Sweepyjev stražnji kotač i četku za čišćenje.

Stražnji kotač trebao bi biti kotač koji se može slobodno okretati. Trebala bi biti visoka otprilike 6,4 cm od vrha do dna, ali tolerancija može biti velikodušna, ovisno o tome koliko sile prema dolje želite da kist djeluje. Pričvrstite ga ispod potporne ploče kroz otvor na osnovnoj ploči.

Četka za metenje također je velikodušna u toleranciji, ali ručka bi trebala sjediti približno 1,2 cm od tla. Ručka bi također trebala biti dugačka približno 10 cm kako ne bi udarila u kućište dok se pomiče unatrag i četvrto. Pričvrstite ovo ljepilom na dodatak bijele poluge koji je uključen u servo motor.

Korak 9: Ograničavanje svega

Da biste dovršili svoj vlastiti Sweepy, morate napraviti njegovu kapu. Zalijepite obod poklopca ispod poklopca s rupom. Uvjerite se da je otvor poravnat s mikrofonom senzora zvuka. Na kraju, zalijepite čep na vrh Sweepy -ja, poravnavajući prednje rubove s prednjom stranom kućišta.

Uključite napajanje sa stražnje strane i gledajte kako Sweepy ostvaruje svoje snove o tome da studio učini čistijim mjestom za sve.

Korak 10: Rezultati i refleksija

Unatoč opsežnom planiranju dizajna, greške se događaju, ali to je u redu: sve je to dio procesa učenja. I za nas stvari nisu bile drugačije.

Jedan od naših najvećih izazova bio je projektiranje kućišta Sweepyja kako bi obuhvatilo sve potrebne komponente. To je značilo pomno mjerenje dimenzija svih komponenti, planiranje žičanih staza, osiguravanje strukturnog integriteta itd. Završili smo s 3D ispisom i laserskim rezanjem dvije iteracije kućišta Sweepyja, druga je konačna verzija na temelju onoga što smo naučili iz prve iteracija.

Jedna od velikih prepreka s kojima smo se suočili su ograničene mogućnosti ultrazvučnog senzora: nije pokrivao dovoljno veliko područje i Sweepy bi povremeno udario u zid pri približavanju pod kutom. To je riješeno uključivanjem drugog ultrazvučnog senzora za učinkovito povećanje područja djelovanja.

Također smo se u početku odlučili za servo motor za kontrolu okretanja, ali nije bio tako učinkovit i strukturno zdrav kako smo se nadali. Zbog toga smo stražnji kotač zamijenili slobodnim kotačićem i prebacili odgovornost okretanja na dva vozačka kotača kroz diferencijalno okretanje (jedan bi se kotač kretao sporije od drugog kako bi simulirao okretanje). Iako je to značilo velike promjene u kodu, učinkovito je pojednostavilo naš cjelokupni dizajn, uzevši iz jednadžbe manje jedan servo motor.

‏‏‎ ‎

Buduće interakcije

Uvijek postoji prostor za poboljšanje. U budućnosti, jedna promjena dizajna za naš projekt je razmatranje Sweepy održavanja i dostupnosti njegovih unutrašnjosti. Imali smo više problema, uključujući kvarove motora i ispražnjene baterije, što je od nas zahtijevalo da rastavimo Sweepy samo kako bismo isključili komponente koje su bile vrlo neintuitivne. U budućnosti bismo dizajnirali kućište s otvorima koji će omogućiti pristup njegovim komponentama kao što je baterija.

Također razmatramo korištenje senzora tlaka sprijeda za otkrivanje kada Sweepy naleti na površinu jer smo otkrili da je ultrazvučni senzor ponekad nepouzdan, osobito pri približavanju pod strmim kutom. S mehaničkim senzorom, Sweepy bi bio dosljedniji u odlučivanju kada i kada se ne okrenuti.

Iako Sweepy dobro funkcionira u malim prostorijama, može biti manje učinkovit u većim prostorima. To je zato što je Sweepy programiran samo za okretanje kad god otkrije površinu ispred sebe, ali će se u protivnom nastaviti ravno dok se zemlja ne uništi. U budućnosti bi moglo biti vrijedno unaprijed programirati postavljeni put čišćenja za Sweepy tako da ostane unutar granica umjesto da zauvijek odluta.

‏‏‎ ‎

Reference i krediti

Ovaj je projekt nastao u sklopu kolegija Fizičko računarstvo (ARC385) na preddiplomskom studiju Fakulteta za arhitekturu, pejzaž i dizajn Daniels na UofT -u.

‏‏‎ ‎

Članovi tima

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inspirirana

• Roomba robotski usisavač
• Wipy: Previše motivirano sredstvo za čišćenje bijele ploče
• Neuredni uvjeti studijskog prostora